紧凑四点剪切砼Ⅱ型断裂实验研究与数值分析

有关Iosipescu四点剪切实验的争论很多,国内外的研究者提出了各种各样的结果。本文对紧凑四点剪切加载下砼Ⅱ型断裂破坏机理进行了大量的实验研究和数值分析。通过对实验中试件裂纹的扩展过程及开裂角cq等的分析,结合有限元法对裂尖应力场进行了研究。分析了加载点与裂纹面的距离对Ⅱ型断裂性能的影响。可以看出,虽然随着加载点与裂纹面距离的缩短,CKⅡ在逐渐增大,但纯剪加载下裂纹扩展并不是沿剪应力所在方向,即破坏并不是剪切破坏。

砼四点剪切(Ⅱ型)断裂的数值研究

有关Iosipescu 四点剪切实验的争论很多，国内外的研究者提出了各种各样的结果。本文用有限元的方法对大量的各种尺寸和加载方式的砼四点剪切试件进行了详细的分析。通过对裂尖及两裂尖之间韧带区域的应力场的分析,发现增加试件高度或缩短加载点与裂纹面的距离将更有利于四点剪切加载下砼的Ⅱ型破坏。但裂纹长度的增加的影响并不一定有益于砼试件的Ⅱ型破坏。

四点剪切加载下混凝土裂纹扩展路径研究

混凝土在四点剪切加载条件下 ,断裂试件失稳基本上为Ⅱ型 ,随着裂纹的扩展 ,裂纹会出现分叉、偏斜 ,就存在断裂路径选择问题 ,当裂纹由水泥砂浆垂直入侵骨料时 ,裂纹可能穿过骨料扩展或绕过骨料沿界面扩展 .该文建立了四点剪切加载条件下 ,裂纹扩展路径选择模型 ,并以实验进行验证 .

四点剪切梁法研究混凝土I-II复合型起裂准则及其缝高比影响规律

通过对3种不同缝高比试件的四点剪切梁试验,进行了混凝土I-II复合型起裂准则的试验研究,试验过程中除了测得极限荷载外,还测得了各个试件的起裂荷载及起裂角度。根据所测得的起裂荷载并通过有限元方法计算了开裂状态下的应力强度因子KI、KII分量,进而提出了与以往由极限荷载确定的断裂准则相区别的起裂准则,研究了缝高比对该起裂准则、试件起裂角度和应力强度因子分量的影响规律。结果表明,缝高比在0.3～0.4之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则有明显的影响;缝高比在0.4～0.5之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则基本上没有影响。随试件缝高比的增大,试件的起裂角度会增大,但对KI/KII却随缝高比的增大而减少。

四点剪切梁法研究混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型断裂能GF及其试件尺寸影响规律

利用单边切口四点剪切梁进行了混凝土Ⅰ-Ⅱ见复合型断裂G_F~*的试验研究.试验过程中除测得了极限荷载P_(max)外,还测得了各试件的荷载-加载点位移(F_1-δ_1、F_2-δ_2)全过程曲线,荷载-裂纹嘴张开位移(Craek Mouth Open Displacement)曲线和荷载-裂纹嘴滑移位移(Craek Mouth Slide Displacement)曲线.根据试验结果计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂能G_F~*,分析了试件尺寸对G_F~*的影响规律并与混凝土Ⅰ型断裂能G_F进行了比较,讨论了试件的三种不同破坏形态及其断裂机理.利用抹平裂缝模型(Smeared Crack Model)对四点剪切梁试件进行了断裂分析,计算结果与试验结果吻合较好.

混凝土剪切断裂能与分形维数关系的研究

混凝土断裂试件断口蕴涵着丰富的力学信息,而传统的欧几里得几何难以对复杂的断口形貌进行描述.本文引入分形几何理论对断口形貌进行研究,结合宏观的断裂参量进行数值分析,从而找到了混凝土断裂微观现象与宏观力学量联系的桥梁.本文分析了混凝土四点剪切加载试件的断裂性能,计算了断裂韧度、断裂能等相关参数,并通过扫描电子显微镜对断口形貌观测,运用分形理论计算了此类断口的分形维数,分析了 型断裂断裂能和分形维数之间的关系.

自密实堆石混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能

通过对3种不同缝高比试件的大尺寸单边切口四点剪切梁式试件,进行自密实堆石混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能进行试验研究,研究这种新工艺混凝土材料的断裂机理,测得了各试件的起裂荷载、极限荷载及起裂角θ,获得了F-δ曲线。结果表明：缝高比（c/h）在0.4~0.8之间起裂角增长较为明显,缝高比在0.8~1.2之间起裂角增长较为缓慢。

混凝土/花岗岩界面Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂试验研究

为研究混凝土/岩石界面在复合型应力条件下的动态断裂性能,考虑四种应变率(10-5~10-2 s-1)及三种模态(21.8°,41.7°和60.3°)工况,对混凝土/花岗岩复合试件进行了四点剪切试验,获得了荷载与裂缝张开位移及裂缝剪切位移的关系曲线;结合界面力学理论和结构动力分析得到了界面Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子,据此得到并分析了断裂韧度、应变能释放率的率相关性及模态比相关性。结果表明:在所研究的应变率和模态角范围内,同一时刻的裂缝张开位移均大于裂缝剪切位移;Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度均随应变率的提高而增加,Ⅰ型断裂韧度随模态角的增大而减小,Ⅱ型断裂韧度随模态角的增大而增加;应变能释放率随应变率和模态角的增加均呈现出增长趋势。

双材料界面裂纹动态应力强度因子有限元分析

为研究界面裂纹动态应力强度因子在冲击荷载作用下的变化规律,利用双材料界面理论,推导出界面裂纹尖端的应力强度因子表达式。采用ANSYS有限元软件,对由不同材料组合而成的四点剪切复合试样进行动态响应分析,发现张开型应力强度因子K_1随着模态角的增加而减小,剪切型应力强度因子K_2的绝对值则随着模态角的增加而增大,且变化趋势较张开型应力强度因子K_1更复杂。进而将该理论运用到均质三点弯曲试样的动态响应分析中,发现通过有限元计算得到冲击荷载下的动态应力强度因子具有较高的精度。

边坡失稳问题的非局部损伤本构建模

借鉴近场动力学的思想,任意一点的损伤状态由围绕该点的断键情形来评估.通过引入能量退化函数,构建了一个有限元框架下的非局部损伤本构模型,该模型能够克服键基近场动力学的泊松比限制,又能反映剪切破坏的力学行为.有限元建模时仅需对可能出现破坏的区域进行网格加密,应用提出的非局部损伤本构模型,就能准确捕捉破坏过程中的裂纹或滑移带的发展.四点剪切梁的例子验证了本模型的可靠性和高效性,最后应用到边坡的失稳模拟上,取得了非常好的效果.

应力强度因子K_Ⅱ的光弹性测定

作者采用了四点剪切加载方案,作了纯Ⅱ型裂纹K_I的测定.实验表明:光弹性法既能应用于测试Ⅰ型及混合型裂纹的应力强度因子,且能应用于纯Ⅱ型裂纹应力强度因子的测试,本文对Ⅱ型裂纹的断裂研究有一实的参考价值.

光弹贴片法研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展过程

该文采用光弹贴片方法对最大尺寸为2500mm×600mm×200mm的混凝土四点剪切梁,Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究,通过照相机拍摄光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程,得到了混凝土裂缝稳定扩展阶段完整而直观的观测结果。根据光弹贴片所显示的彩色条纹序列,测得了四点剪切荷载作用下裂缝尖端附近主应变场分布,得到了荷载-裂缝扩展量曲线。根据光弹贴片所观察的裂缝扩展长度?a,借助有限元计算了裂缝扩展过程中尖端应力强度因子的变化,并模拟断裂过程。结果表明,对于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂缝在失稳扩展前存在着明显的亚临界扩展,采用光弹贴片方法可有效地记录这一过程,而以往不考虑裂缝扩展量得到的断裂准则是偏于保守的。试验结果还表明,在裂缝起裂后,虽然加载方式仍为Ⅰ-Ⅱ复合型,但断裂类型已由Ⅰ-Ⅱ复合型退化为纯Ⅰ型断裂。